一、引言

天線工程一問世，天線測量就是人們一直關注的重要課題之一，方法的精確與否直接關系到與之配套系統的實用與否。隨著通訊設備不斷更新，對天線的要求愈來愈高，常規遠場測量天線的方法由于實施中存在著許多困難，有時甚至無能為力，于是人們就渴望通過測量天線的源場而計算出其輻射場的方法。然而由于探頭不夠理想和計算公式的過多近似，致使這種方法未能賦于實用。為了減小探頭與被測天線間的相互影響，Barrett等人在50年代采用了離開天線口面幾個波長來測量其波前的幅相特性，實驗結果令人大為振奮，由此掀開了近場測量研究的序幕，這一技術的出現，解決了天線工程急待解決而未能解決的許多問題，從而使天線測量手段以新的面目出現在世人的面前。

四十多年過去了，近場測量技術已由理論研究進入了應用研究階段，并由頻域延拓到了時域，它不僅能夠測量天線的輻射特性，而且能夠診斷天線口徑分布，為設計提供可靠、準確設計依據；與此同時，人們利用它進行了目標散射特性的研究，即隱身技術和反隱身技術的研究，從而使該技術的研究有了新的研究手段，進而使此項研究進入了用近場測量的方法對目標成像技術的探索階段。

二、近場測量技術發展的過程

近場測量的技術研究從五十年代發展至今，其研究方向大致經歷四個階段，如表1所示。

表1 近場測量技術所經歷的時間

1、理論研究

在Barrett等人的實驗之后，Richnlond等人用空氣和介質填充的開口波導分別測量了微波天線的近場，并把由近場測量所計算得到的方向圖與直接遠場法測得的結果相比較，其方向圖在主瓣和第一副瓣吻合較好，遠副瓣和遠場法相差較大。于是人們就分析其原因，最終歸結為探頭是非理想起點源所致，因此，出現了各種方法的探頭修正理論。直到1963年Karns等人提出了平面波分析理論才從理論上嚴格地解決了非點源探頭修正的問題。與此同時，Paris和Leach等人用羅侖茲互易定理也推出了含有探頭修正的平面波與柱面波展開表達式^[1，2]。Joy等人也給出了含有探頭修正下的球面波展開式及其應用^[3]。至此，頻域近場測量模式展開理論已完全成熟，因此研究者的目光投向了應用領域。在隨后的十年里，美國標準局(NBS)等研究機構進行大量的實驗證明此方法的準確性^[4]，其中取樣間隔、探頭型式的選擇以及誤差分析是研究者們關心的熱門問題。

2、取樣間隔及取樣間距

由于模式展開理論是建立在付里葉變換的基礎上，根據付里葉變換中抽樣定理^[5]，對帶寬有限的函數。用求和代替積分，用增量代替積分元不引人計算誤差，而平面、柱面、球面的模式展開式對輻射場而言都是帶寬有限的函數，忽略探頭與被測天線間的電抗耦合(取樣間距選取的準則)，取樣間隔與取樣間距按表2所示的準則進行選取(參看圖1坐標系)。

表2 取樣間隔與取樣問距的準則

表中：λ —工作波長；d—探頭距被測天線口徑面的距離；α—完全包圍教測天線最小柱面或球面的半徑；α'—極平面取樣的最大圓半徑．

如果d變小，則取樣間隔可按下式計算[6]

(1)

若d≤λ/2，則取樣間距應取為小于λ/4，這時可用有限頻譜法[7]修正感應場對測量數據的影響。

取樣面尺寸與被測天線的口徑面大小有關。對于一維平面掃描的情況，取樣面的尺寸Lx與口徑面尺寸D有如下關系，參看圖2。

(2)

只要d選定，θ可由測量精度求得^[5]，則Lx是確定的。通常工程上要求和幅度方向圖副瓣電平測量誤差≤0.5dB，在此條件下，取樣面的尺寸可按下式選取(d≥λ)

圖1 表2所用的坐標系

圖2一維平面掃描取樣面與被測天線口面尺寸的幾何關系

L_x=2X|_E=-40dB (3)

式中，X|_E=-40dB為低于取樣面中心場強40dB處的位置坐標，其它情況依次類推。